IA dá às baratas ciborgue um novo sistema de controlo

Todos os sistemas de controlo de insectos ciborgue criados até agora funcionavam a partir do exterior: observavam o insecto, analisavam o seu movimento e enviavam-lhe uma ordem.

O batimento cardíaco do insecto e a actividade eléctrica que percorre o seu corpo - ou seja, a sua resposta física efectiva ao que o rodeia - nunca tinham sido considerados na tomada dessas decisões.

Uma equipa no Japão quis alterar essa abordagem. Ligou sensores ao pulso de uma barata e aos fracos sinais eléctricos do seu organismo, treinando depois uma IA para os interpretar - não apenas para orientar o insecto, mas também para determinar quando o deve deixar em paz.

Uma mochila para baratas

O estudo foi realizado por uma equipa liderada pelo professor Keisuke Morishima, da Escola de Engenharia da Universidade de Osaka, em colaboração com investigadores da Indonésia. Os cientistas desenvolveram uma pequena mochila amovível para uma das espécies de barata de maior porte.

O dispositivo pesa cerca de 6 gramas e cada componente pode ser colocado e retirado, permitindo que o insecto recupere posteriormente. Regista em simultâneo três sinais: o batimento cardíaco da barata, débeis sinais neurais captados no corpo e os movimentos corporais.

Até este estudo, a maioria dos sistemas de baratas ciborgue baseava-se exclusivamente em dados externos: verificar se o insecto se movia ou não.

Num artigo anterior, o mesmo grupo orientou baratas tirando partido da sua aversão natural à luz ultravioleta, mas essa técnica continuava a depender do comportamento visível, e não de processos internos do animal.

O que o batimento cardíaco revela nas baratas ciborgue

Para mapear o que se passa no interior dos insectos, a equipa expôs as baratas a cinco cenários: um estado de repouso, luz ultravioleta, uma baforada de odor junto às antenas, calor e alimento. Alguns destes estímulos atraem as baratas, enquanto outros as levam a tentar fugir.

Uma barata em repouso mantinha um batimento cardíaco mais lento, mas qualquer estímulo o acelerava. A frequência cardíaca pode revelar aquilo que um animal detecta, mesmo quando quase não se move, tal como demonstrou há anos um estudo com caranguejos.

Os restantes sinais dividiram-se de forma semelhante. O calor e os químicos agressivos provocaram sinais internos mais intensos e movimentos mais rápidos e bruscos. Os alimentos produziram o efeito contrário: um organismo mais tranquilo e uma marcha mais lenta.

Um modelo de aprendizagem automática foi treinado para associar esses sinais corporais a cada uma das cinco situações.

Treinada com registos de 20 insectos, a versão mais eficaz identificou correctamente a situação em mais de nove em cada dez ocasiões. Os estados de repouso e de alimentação foram fáceis de reconhecer, enquanto o calor e a luz ultravioleta se revelaram mais difíceis de distinguir.

A IA aprende a conter-se com as baratas

É aqui que o trabalho se diferencia. O modelo não se limita a classificar o estado do insecto: também decide que acção tomar a partir dessa classificação. Muitas vezes, isso significa não fazer rigorosamente nada.

Quando o sistema detecta um estado de repouso ou de atracção pela comida, incentiva a barata a avançar - recorrendo a um clarão de luz ultravioleta para a orientar e a uma vibração na extremidade traseira para a fazer seguir em frente. O insecto continua a escolher o percurso; a máquina apenas exerce influência sobre ele.

Se os sinais indicarem que a barata está a fugir de algo como o calor ou um cheiro intenso, a máquina interrompe todos os estímulos e deixa o animal lidar sozinho com a situação.

Nunca antes tinha sido incorporado este tipo de contenção num insecto ciborgue. Os sistemas anteriores aplicavam comandos num único sentido.

Insectos testados sob pressão

O teste decisivo decorreu num labirinto com quatro divisões. Algumas salas continham alimento; outras tinham calor ou um odor forte de que as baratas não gostavam. Portas de sentido único impediam os insectos de voltar atrás depois de avançarem.

Quando eram deixadas sem intervenção, as baratas comuns raramente iam muito longe. A maioria instalava-se na sala com comida e permanecia ali e, ao longo de dezenas de ensaios, nenhum insecto conseguiu completar o percurso.

Com o novo sistema de controlo activo, algumas baratas ciborgue atravessaram todo o labirinto. Numa sala com alimento, o sistema persuadia o insecto a continuar.

Nas salas com calor ou químicos, recuava e deixava que o instinto de fuga da própria barata fizesse o trabalho.

Sucesso em laboratório, dificuldades no labirinto

O sistema está longe de ser perfeito. O seu desempenho é robusto em bancada de laboratório, mas menos consistente no labirinto. Em testes fora de linha, alcançou uma taxa de sucesso de 93 por cento, mas, em testes ao vivo, tomou a decisão certa apenas cerca de dois terços das vezes.

O movimento real é desordenado. Um insecto em marcha sacode os seus próprios sensores, e o seu estado interno pode mudar de um segundo para o outro.

“Um insecto é um ser vivo, e as suas respostas variam de indivíduo para indivíduo e de momento para momento”, afirmou Morishima.

A equipa é prudente neste ponto. Não está a ler a mente nem os sentimentos de uma barata - o sistema identifica padrões corporais que correspondem a ambientes distintos. Designar isso como “percepção” é uma classificação operacional, não uma afirmação sobre aquilo que o insecto sente.

Para lá das baratas ciborgue

A novidade não está na mochila nem no labirinto. Está na possibilidade de integrar os sinais internos de um insecto - o batimento cardíaco e a actividade nervosa - no circuito de controlo, para que indiquem a uma máquina quando deve actuar e quando deve conter-se.

Isto abre possibilidades concretas. Insectos ciborgue, como as baratas, estão a ser considerados para procurar em edifícios desmoronados ou recolher amostras de ar perigoso, entrando em espaços demasiado estreitos até para os mais pequenos robôs construídos.

Interpretar o estado do insecto poderá mantê-lo cooperante durante mais tempo, em vez de o desgastar com estímulos constantes.

A equipa chama à ideia mais ampla Circuito de Sinergia dos Insectos - inteligência viva e inteligência artificial a partilharem o mesmo circuito, em vez de uma delas dar todas as ordens. Para os investigadores, as baratas são apenas o ponto de partida.